Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
ПРОМЕЖУТОЧНОЕ СОСТОЯНИЕ сверхпроводников — возникает в образце из сверхпроводника первого рода под действием внеш. маги, ноля или магн. поля тока, протекающего по образцу. П. с. реализуется, когда напряжённость маги, поля H в определ. точках поверхности образца достигает величины критического магнитного поля Hc. однако при полной утрате сверхпроводящих свойств (в тех же внеш. условиях) невозможно выполнить условие H ^ Hc для всего образца. П. с. представляет собой смесь сверхпроводящих и нормальных доменов, характерный размер к-рых много меньше размеров образца. Термин «П. с.» введён Р. Пайерлсом (R. Peierls, 1936), структура П. с. была выясиеиа Л. Д. Ландау в 1937. В неоднородном внеш. поле в образце могут одноврем. существовать большие области сверхпроводящей и нормальной фаз. Оии обязательно разделены веществом в П. с. Под действием тока, протекающего по образцу, может осуществляться т. н. динамич. П. с., в к-ром границы раздела непрерывно движутся через образец (со скоростями IO"3 — 10“2 см/с), зарождаясь иа одной его поверхности и исчезая иа другой.
Образец в сверхпроводящем состоянии, помещённый в однородное постоянное внеш. магн. поле He, нсиажает пространств, однородность Het Незатухающие электрич. токи, текущие в слое толщиной б ~ 0,1 мкм (б — глубина проникновения) вблизи поверхности образца, полностью эиранируют поле Ht, так что внутри образца H = О (Мейснера эффект). Вие образца неоднородное магн. поле экранирующих токов складывается с He, создавая картнну силовых линий, огибающих образец. В качестве типичного прнмера рассмотрим образец в форме шара (рис. 1, о). Две точки, в к-рых вектор He перпендикулярен поверхности шара, наз. «полюсами», а лниня, вдоль к-рой He иасается поверхности шара, наз. «экватором». На поверхности образца міакс. напряжённость поля Ямяко достигается иа «экваторе», а мин. напряжённость Ямин — иа «полюсах». В сверхпроводящем состоянии Нмт ==. О, #Макс = ЗЯ^/2.
Шар переходит в П. с. для значений He, удовлетво» ряющих условию 2HJZ < He < He. Прн этом на «щмдо се» Htnm — ЗЯв— 2Не, иа«аиваторе» ЯЫанс =* He иве8а-
143
ПРОМЕЖУТОЧНОЕ
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ
висит от величины He. Часть магн. потока пронниает в образец. В объёме образца возникают чередующиеся домены нормальной (А) н сверхпроводящей (5) фаз. В нормальных доменах ноле H = Hc, в сверхпроводящих — H — 0. Границы между h — ^-доменами параллельны вектору He и простираются вдоль He на всю толщину образца. Сечение k — 5-границ плоскостью, перпендикулярной He, имеет вид извилистых линий, расположение к-рых определяется неконтролируемыми факторами. Масштаб структуры h — доменов (?2) в плоскости, перпендикулярной He, зависит от величины поля. При He » 0,8 Hc характерная величина d » V^D, где D — диаметр шара, ? — длина когерентности (см. Гинзбурга — Ландау теория). Эксперименты с оловянными шарами при D = 4 см и I — 0,3 мкм дали значение d = 0,2 мм, близкое к расчётному. Нормальные и сверхпроводящие области с размероы d » I могут сосуществовать в равновесии только в сверхпроводниках 1-го рода, где глубина проникновения магн. поля б < \fY2. Для сверхпроводников второго рода при H > HqI (Hcl — величина 1-го крнтич. поля) возникает смешанное состояние, в к-ром нельзя выделить нормальные и сверхпроводящие области, т. к. характерный масштаб микроскопич. структуры смешанного состояния d' » ? < 26. Макроско-
пич. электродинамика П. с. использует величины напряжённости поля Hi и магн. индукции Bi, усреднённые иа расстояниях L^d. Hi и Bi удовлетворяют ур-ниям магнитостатики (IivBi — 0, TotHi = 0. На поверхности образца выполняются обычные условия непрерывности перпендикулярной компоненты В и тангенциальной компоненты Н. В П. с. силовые линии Bi Il Hi — прямые, а величина Hi = Hc (усреднение по Л-домеиам) и не зависит от внеш. поля. Для шара в однородном внеш. поле Bi j! He (рнс. 1,6), а. Bi =
а б в
Рис. 1. Распределение магнитного поля около сверхпроводящего шара: а — сверхпроводящее состояние; б — промежуточное состояние; в — нормальное состояние.
— 3He — 2Hc достигает величины критич. поля при He = Hc. При He > Hc образец любой формы переходит в нормальное состояние. В отлнчие от обычного магнетика связь между Bi и Hi нелинейна. Роль маги, проницаемости играет величина ji = BiIHt. В нормальном состоянии с хорошей точностью а=1 поле становится всюду однородным: Bi = Hi ~ He (рис. 1, в).
Для произвольного эллипсоида вращения, помещённого в однородное виеш. поле He, ур-ния магнетоста-тики имеют решения, выражаемые в элементарных ф-ци-ях. При этом эллипсоид намагничен однородно, т. е. Bi = const. Если вектор He направлен вдоль одной из осей эллипсоида, то Bj Ij He. П. с. возникает в диапазоне (1 — т)Нс < He < Hc. Положительный коэф. т < 1 зависит от отношения полуосей эллипсоида и наз. размагничивающим фактором. Величина индукции в образце Bi = Hc -(Hc — Нс)!т. Для сферы фактор т — і/*. Длинный цилиндр можно рассматривать как _ _ предельный случай сильно вытянутого эллипсоида.
144 Для вектора He, параллельного осн цилиндра, т = 0.
